Знакомьтесь - лобная кора

Сколько ученых ни исследовали мозг с помощью поверхностных или глубинных, макро- и микроэлектродов, сколько ни наблюдали его - живой, теплый, пульсирующий - через окуляр микроскопа, они никогда не выделяли материального субстрата мысли, речи. Одно безмолвное состояние мыслящей материи. О деятельности бодрствующего мозга свидетельствуют лишь биения крупных мозговых кровеносных сосудов, смена химического состава омывающей мозг прозрачной жидкости, выделение разных веществ окончаниями отростков нервных клеток, поддержание определенной величины электрического потенциала нервной клетки и его быстрая нерегулярная смена.

И сегодня языком мозга - процессами, приближающимися по скорости к мышлению считают обмен электрическими залпами между нервными клетками. Ученые установили, что одновременно "говорят" далеко не все клетки мозга - приблизительно лишь четвертая или пятая часть их. Перемещается фокус разговора нервных клеток в мозге, лидером становится то одна, то другая их группа. Но есть ли участок мозга, организующий, направляющий этот сложнейший процесс?

В конце позапрошлого века австрийский ученый Франц Иосиф Галль выдвинул теорию, получившую известность как френология. Галль считал, что о человеческих способностях можно судить по величине выпуклостей черепа или "шишек", поскольку их размеры, по его мнению, пропорциональны объему расположенных под ними областей коры мозга, отвечающих за ту или иную одаренность человека.

Исходя из основного его труда "Психология способностей", лобная часть коры отвечает за понятия порядка, системы, причинности, меры, времени. Она же обеспечивает остроумие и некоторые другие качества человека. По поводу этой теории американский нейропсихолог Питер Милнер шутил: "Галль считал, что интеллект локализован именно в этой области (лобной коре. - Ю. У., А. Р.}, по-видимому, потому, что в этом месте у его интеллектуальных друзей на черепе были шишки".

Физиологи второй половины XIX века, которые все более настойчиво пытались осмыслить участие различных отделов мозга во всевозможных умственных и эмоциональных качествах человека, продолжали развивать крупнейшую идею своей эпохи о том, что все функции мозга - и высшие тоже имеют вполне материальные центры.

Кстати, автором ее был именно Галль, основатель ненаучной, с позиции современных знаний, френологии! Он же первый, хотя и умозрительно, пытался объяснить назначение фронтальной, то есть лобной, коры головного мозга и уже тогда чисто интуитивно приписал ей участие в высших и наиболее сложных функциях, осуществление которых стало возможным лишь на вершине эволюции этого органа. Однако чтобы приписать определенной корковой области ту или иную функцию, требовались уже куда более серьезные основания, чем фантастические идеи френологии.

В 1861 году французский врач и анатом Поль Брока описал мозг умершего старика, говорившего при жизни лишь слово: "Тан-тан-тан". На вскрытии в задней трети нижней лобной извилины левого полушария Брока нашел размягчение-след кровоизлияния. Через год в клинике умер другой больной с похожим нарушением речи - и в том же месте обнаружили очаг поражения.

Так родился медицинский термин "центр Брока" и было впервые объяснено назначение нескольких кубических сантиметров человеческого мозга, лежащих на самой его поверхности. Но сколько значило это открытие для физиологии философии, антропологии и многих других дисциплин!

Два следующих десятилетия можно было бы назвать "путешествием первооткрывателей" головного мозга. Исследователи раздражали его электрическим током, химическими веществами, например стрихнином, удаляли его части, вызывая тем самым соответствующие расстройства. Это дало им основание выделить двигательные, слуховые и зрительные зоны, а также центр счета, ориентировки и многие другие.

Всю поверхность полушарий разделили на участки, точно землю на политической карте мира. Самую подробную составил позже немецкий ученый Клейст, изучавший во время первой мировой войны ранения в мозг. Карты были похожи на составленные Галлем, но теперь их описывали не по шишкам, а по симптомам психоповеденческих расстройств.

Правда, еще в "блистательные семидесятые" годы XIX века, когда был сделан ряд выдающихся открытий в области нейрофизиологии, нашлись ученые, утверждавшие, что кору нельзя делить как пирог и прикреплять на каждый кусочек табличку из учебника по психологии.

Однако физиология высшей нервной деятельности была в то время преимущественно "картографической", и в этой пестрой картине функции лобной коры оказались совершенной загадкой.

Познакомимся с одним несчастным случаем, произошедшим в США. "Финеас Гейдж, дорожный мастер, заложил пороховой заряд в отверстие, пробитое в скале, подготовляя взрыв. Он опустил в отверстие тяжелую железную трамбовку, не придерживая ее, и... палка, ударившись о скалу, высекла искру, воспламенила порох и устремилась к небесам. Палка насквозь пронзила головной мозг, войдя через левую щеку и выйдя около темени.

В течение часа Гейдж находился в оглушенном состоянии, после чего он смог с помощью сопровождавших его людей пойти к хирургу и по дороге спокойно и невозмутимо рассуждать о дырке в своей голове. Он оправился от инфекции, развившейся в ране, и прожил еще 12 лет. На вскрытии выяснилось, что тяжелое повреждение получила левая лобная доля и травма распространилась на правую лобную долю. Как череп, так и палка ныне экспонируются в Гарвардском университете.

Как ни поразителен был счастливый исход столь внушительной травмы, не менее поразительными оказались ее последствия. Гейдж по-прежнему оставался дееспособной личностью: у него не обнаруживалось никакой потери памяти и он был в состоянии заниматься своим делом. Снижение умственных способностей у Гейджа оказалось несоизмеримо малым для человека с обширным повреждением той самой части мозга, которую считали субстратом высших интеллектуальных процессов.

Некоторые изменения у Гейджа произошли, но они носили не тот характер, какого следовало бы ожидать исходя из существовавших теорий. Затронуты были главным образом особенности его личности, а не умственные способности. До несчастного случая он был тактичным и уравновешенным человеком, хорошим работником, теперь он стал невыдержанным, сделался упрямым, но переменчивым и нерешительным. Не проявлял склонность к какому бы то ни было труду - вместо этого предпочитал странствовать, зарабатывая себе на жизнь тем, что показывал себя и свою трамбовку" (Вулдридж Д. Механизмы мозга. - М.: Мир, 1965.).

Этот случай проливал некоторый свет на удивительное и неповторимое свойство лобной коры.

Значит, лобная кора-центр воспитанности и деликатности? Но как ни увлечены были наши предшественники-нейрофизнологи составлением "мозговых карт" и как ни сильна была их вера в мозаичное распределение человеческих способностей по участкам мозга, они все же стремились более точно определить функции фронтальной коры - примерно так, как было определено в то время назначение других зон мозга.

Например, уже в конце прошлого века стало ясно, что деятельность мозжечка связана с координацией движений. Работа продолговатого мозга обеспечивает регулярность смены вдоха на выдох, нормальное распределение тонуса скелетных мышц, ритмичность сердечных сокращений, давление крови, а также температуру тела и другие вегетативные функции. Ядра черепно-мозговых нервов контролируют, в частности, физиологические акты жевания и движение глаз, чихание и кашель, участвуют в восприятии зубной боли и т. д.

А лобная кора? Зрение и слух, кровяное давление и дыхание, сердцебиение и пищеварение - все физиологическое и понятное у людей с разрушенной лобной корой было в целости и сохранности, кроме чего-то непонятного и... словно бы нефизиологического.

Ну, в самом деле, как можно объяснить, почему 34-летний мужчина, которому прочитали рассказ Л. Н. Толстого "Лев и мышь" ("Лев спал, мышь пробежала по его телу. Лев проснулся и схватил мышь. Она стала просить отпустить ее. Лев рассмеялся и отпустил. Назавтра охотник поймал льва и привязал его веревкой к дереву. Мышь подкралась, перегрызла веревку и освободила льва"), пересказал его следующим образом?

"Ага! Лев и мышь... Значит, в Африке жил хороший красивый лев, и еще - красивая, лучше всех, одна мышка. Но однажды лев поймал эту мышку и хотел ее сожрать на бифштекс... Но мышка его так долго умоляла, что ему надоело, и он отпустил ее. Потом приехали на самолете охотники в Африку и увезли льва в Европу..."

"Органом абстрактного мышления", "субстратом регулирующего разума", "верховным органом головного мозга", "седалищем интеллекта", "хранителем баланса между интеллектуальными и животными свойствами" называли лобную кору в те времена.

С 80-х годов прошлого века физиологи подошли вплотную к исследованиям лобной коры и с этой целью стали обращаться к опытам на животных. У кошек, собак и обезьян они удаляли эту часть мозга, а затем не только наблюдали за поведением животных, но и задавали им задачи, проверяя их память и внимание, сообразительность и целеустремленность. Целую главу нашей книги мы посвятим расцвету поведенческих исследований начала XX века, остроумию, оригинальности которых позавидовал бы любой цирковой дрессировщик. Именно благодаря этим работам начали складываться представления о функциях лобной коры, и именно они легли в основу современных научных взглядов.

Сколько точных и глубоких наблюдений над животными с удаленной фронтальной корой оставили нам физиологи тех лет!

Вот, к примеру, слова академика И. П. Павлова:

"Если вы у собаки вырежете всю заднюю часть больших полушарий - вы получите животное, в общем, совершенно нормальное. Оно завиляет хвостиком, когда вы его погладите, оно будет опознавать носом и кожей и вас, и пищу, и всевозможные предметы, с которыми оно встречается. Но такое животное не будет на вас реагировать, если вы далеко стоите, так как оно не пользуется в полной мере глазами. Или если вы будете произносить его кличку, то опять-таки не будет реагировать на это. Вы должны сказать, что такая собака пользуется только очень мало глазом или ухом, а в остальном она вполне нормальная.

Если вы вырежете всю переднюю часть больших полушарий по той же границе, по которой вырезали заднюю часть, то перед вами будет глубоко ненормальное животное. Оно не имеет правильного отношения ни к вам, ни к своим товарищам-собакам, ни к пище, которой она и не найдет, ни вообще ко всем предметам, его окружающим. Это - совершенно исковерканное животное, у которого, по-видимому, не осталось никаких признаков целенаправленного поведения".

Итак, ученые начала века догадывались, что самая молодая структура мозга занимается самым ответственным делом - с ее помощью высшие млекопитающие ставят цели и стремятся к их достижению.

"Безлобные животные не направляют движений и действии сообразно личной пользе",- писал русский нейрофизиолог, невропатолог и психиатр В. М. Бехтерев. Лобная кора, как считал итальянский ученый Д. Бьянчи, обеспечивает "наиболее широкую координацию чувствительных и двигательных элементов". По мнению и. И. Павлова, она осуществляет v животных "синтез направленного на известную цель движения", а у человека к тому же "интеллектуальный синтез", - так думал английский ученый П. Брикнер.

Но, изучая поведение животных после удаления фронтальной коры, исследователи получили лишь первоначальные представления о роли этой структуры.

Едва ли можно сосчитать, сколько сменилось поколений животных, пока на переднем мысу полушарий их мозга выделился в самостоятельное образование участок коры - лобная, или фронтальная, кора. Впервые появившись с характерными физиологическими функциями и уникальным анатомическим строением в мозге хищников, эта структура сохранилась у приматов и у человека.

Странным образом повел себя этот "новосел". Более того, совершенно неподобающим по отношению к соседям!

Прежде всего лобная кора стала захватывать себе все больше места в мозге, оттесняя соседей назад и вниз. И чем выше по эволюционной лестнице поднималось живое существо, тем большая часть его коры приобретала "фронтальное" строение. Сравните: у хищников шесть процентов площади коры головного мозга принадлежит лобным долям, у высших обезьян - двенадцать, у человека - двадцать пять процентов. Площадь лобной коры да и других зон человеческого мозга настолько обширнее поверхности древних корковых образований, что отношение между этими двумя величинами считается важнейшим показателем "разумности" живого существа. Нет на земле ни одного животного, которое бы обгоняло человека по этому признаку.

Но почему такими молниеносными темпами происходила экспансия "новоселов" мозга, и прежде всего лба? Что особенного было во внутреннем строении и деятельности этой самой юной структуры человеческого мозга, из-за чего эволюция выделяла ей все новые и новые "земли" на поверхности полушарий? Для чего понадобилось этой "немой" зоне мозга, электрическое раздражение которой ни у людей, ни у животных не вызывает никаких видимых изменений поведения, иметь наиболее богатые, разветвленные связи с остальным мозгом среди всех его структур?

Наконец, почему после разрушения у человека этой самой крупной и сложной (судя по тому, что она окончательно созревает позже всех в мозге - примерно к 18-летнему возрасту) структуры центральной нервной системы человек не погибает?

Правда, такой больной, поговорив с врачом продолжительное время и, видимо, отнюдь не показавшись ему глубоким инвалидом, попрощался и... невозмутимо вошел в приоткрытый шкаф! Другой же, когда его попросили объяснить содержание картины И. Е. Репина "Не ждали", ответил: "Вот комната. Солдат вернулся из армии. Раньше они служили долго. Его встречает жена. Солдата не было дома 25 лет". А третья села писать письмо и заполнила всю страницу словами "Как поживаете?", Почему так поступили именно "лобные" больные?

Ответить на такой вопрос пока можно лишь приблизительно, ибо именно лобная кора, по утверждению многих из тех, кто занимался ее исследованиями, представляет собой наиболее загадочную и трудную для изучения и понимания структуру нервной системы.

Опыты над "безлобными" животными и больными, лишенными фронтальной коры, открывали ученым лишь внешние, "поведенческие" признаки дефектов мозга. При этом оставались скрытыми механизмы физиологической работы лобной коры, понять которые можно по крайней мере, применив три важнейших методических приема, которыми исследуют мозг: электрофизиологический, биохимический и анатомо-гистологический (гистология - наука о тонком строении тканей). О каждом из них речь пойдет в специальных разделах нашей книги.

Итак, мы расскажем в ней о части мозга - лобной коре. И о том, как благодаря упорному, многолетнему труду ученых начал смутно вырисовываться "физиологический портрет" структуры мозга, которая словно соединяет способности помнить, чувствовать, управлять движением мышц в единый, целеустремленный и целедостигающий поведенческий акт, сплачивая и координируя работу многих частей мозга ради создания мысли, выработки программы действия и ее воплощения в конкретные действия - так называемая интеграция.

Интегративную деятельность в нервной системе можно условно представить состоящей из трех уровней. На первом из них, относительно простом, находится одиночная нервная клетка - нейрон. Уже он способен к интегративной деятельности, то есть умеет переварить в себе за доли секунды гигантский объем сведений, получаемых через тысячи синапсов (синапс-область контакта нервных клеток друг с другом и клетками исполнительных органов) на ее теле и отростках, а затем послать через аксон электрические импульсы, где отразится и характер полученной информации, и врожденные и приобретенные свойства нейрона, и его полезный вклад в действие нейронного ансамбля, куда он включился.

Структуры мозга способны к более сложной интегративной деятельности, чем нейрон. Но суть этой работы там и тут сходна: получить информацию, переработать ее, словно следуя скрытому в уме множеству правил и ориентируясь на конечную задачу, а затем выдать поток электрических импульсов или химических веществ, в которых как-то отразится ее решение. Это второй уровень интеграции.

Наконец, третий и самый сложный - это деятельность целостного мозга.